內(nèi)蒙古西部沙漠地區(qū)風(fēng)積沙路基土是一種典型的非飽和土,由于沙漠地區(qū)特殊的氣候條件和溫濕度環(huán)境作用,風(fēng)積沙路基土土-水特征曲線受含水率、干密度、溫度、含鹽量等因素影響顯著。為探究各因素對(duì)風(fēng)積沙路基土土-水特征曲線的影響規(guī)律并建立相應(yīng)的修正模型,本文以內(nèi)蒙古阿拉善沙漠地區(qū)非飽和風(fēng)積沙路基土為實(shí)驗(yàn)土樣,通過(guò)ASTM D5298-16濾紙法測(cè)試了土樣在不同條件下的基質(zhì)吸力和總吸力,分析了含水率、干密度、溫度、含鹽量以及不同鹽類對(duì)土-水特征曲線的影響規(guī)律,通過(guò)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)和灰關(guān)聯(lián)度法分析了影響因素的顯著性,在理論推導(dǎo)和數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上,對(duì)van Genuchten模型進(jìn)行溫度和含鹽量修正,建立能綜合考慮水-熱耦合和水-鹽耦合的風(fēng)積沙路基土土-水特征曲線修正v-G模型。通過(guò)研究本文主要得到以下結(jié)論:(1)風(fēng)積沙路基土土-水特征曲線受干密度和溫度影響顯著。隨著干密度增大,土-水特征曲線呈現(xiàn)整體平行向右上方偏移的趨勢(shì),即當(dāng)飽和度相同時(shí),干密度越大,土體基質(zhì)吸力越大,土的持水特性越強(qiáng)。而且這種影響在含水率較低的高吸力區(qū)更加明顯。隨著溫度的升高,土-水特征曲線呈現(xiàn)整體向右下方偏移的趨勢(shì),即:當(dāng)土樣中基質(zhì)吸力相同時(shí),其含水量隨平衡溫度升高而降低,而且溫度對(duì)土-水特征曲線的影響在高溫或低吸力區(qū)更加明顯。(2)硫酸鈉(Na_2SO_4)鹽分含量對(duì)風(fēng)積沙基質(zhì)吸力、滲透吸力和總吸力均有影響,基質(zhì)吸力、滲透吸力和總吸力土-水特征曲線均隨著土中硫酸鈉(Na_2SO_4)含量增加而向右移動(dòng)。當(dāng)體積含水率較高時(shí),含鹽量主要通過(guò)影響滲透吸力而對(duì)總吸力影響較大;而當(dāng)體積含水率較低時(shí),含鹽量會(huì)對(duì)基質(zhì)吸力產(chǎn)生一定影響。硫酸鈉鹽漬土和碳酸鈉鹽漬土土-水特征曲線分布形式基本相似,當(dāng)含鹽量相同時(shí),相同含水率條件的硫酸鈉鹽漬土土樣比碳酸鈉鹽漬土土樣土中基質(zhì)吸力更大。(3)基于SPSS極差、方差分析和灰關(guān)聯(lián)度分析結(jié)果顯示:初始含水率、初始干密度和平衡溫度均對(duì)風(fēng)積沙路基土基質(zhì)吸力有顯著影響,其顯著性順序?yàn)?初始含水量初始干密度平衡溫度。(4)基于熱力學(xué)原理,綜合考慮溫度對(duì)表面張力和潤(rùn)濕系數(shù)的影響,建立的能考慮溫度效應(yīng)的土-水特征曲線v-G修正模型擬合不同溫度下風(fēng)積沙路基土土-水特征曲線模型時(shí)相關(guān)系數(shù)均大于0.93,擬合效果良好。分析v-G模型參數(shù)a隨含鹽量變化關(guān)系式,代入v-G模型從而使v-G模型參數(shù)包含含鹽量變化影響,分別建立的基質(zhì)吸力和總吸力土-水特征曲線含鹽量修正模型分別在擬合阿拉善含硫酸鈉風(fēng)積沙基質(zhì)吸力和總吸力土-水特征曲線時(shí)適用性較好。
【學(xué)位單位】：內(nèi)蒙古大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2020
【中圖分類】：U416.1
【部分圖文】：

內(nèi)蒙古大學(xué)碩士學(xué)位論文第4頁(yè)隙尺寸一種量度。圖1.2典型非飽和土土-水特征曲線Fig.1.2Typicalsoil-watercharacteristiccurveofunsaturatedsoil殘余含水率在用飽和度表示的土-水曲線圖中又叫殘余飽和度，是指引起含水率較小變化而需要較大吸力變化時(shí)所對(duì)應(yīng)的最小含水率，也就是說(shuō)，在此含水率下，增大基質(zhì)吸力不能（或比較困難）引起含水率的進(jìn)一步降低。當(dāng)土中含水率達(dá)到殘余含水率后，孔隙中的液態(tài)水開(kāi)始變得不連續(xù)，彎液面消失，主要以薄膜水形式附著于土顆粒表面，增大吸力難以使薄膜水被排出而降低飽和度，此時(shí)含水率變化主要依賴蒸發(fā)作用。殘余含水量與土中結(jié)合水含量密切相關(guān)，當(dāng)非飽和土孔隙水較小到以結(jié)合水形式存在時(shí)，基質(zhì)吸力隨含水量變化非常敏感，結(jié)合水含量的少許減小會(huì)導(dǎo)致吸力迅速增大。殘余含水量點(diǎn)往往也難以基于試驗(yàn)準(zhǔn)確測(cè)定，而是從土-水特征曲線上作圖確定。VanGenuchten等[32]曾指出土體中吸力為1500kPa時(shí)所對(duì)應(yīng)的含水率為殘余含水率，但隨著吸力測(cè)量技術(shù)的發(fā)展和巖土工程中涉及的土類變化多樣，能測(cè)到的土中吸力范圍逐漸增大。Sillers等[33]通過(guò)研究認(rèn)為參與含水率是指土中水由受毛細(xì)作用轉(zhuǎn)變?yōu)槭芪阶饔脮r(shí)對(duì)應(yīng)的含水率，并且指出土體中吸力為3000kPa時(shí)所對(duì)應(yīng)的含水率為殘余含水率。而目前普遍認(rèn)為吸力為106kPa時(shí)的含水率為殘余含水率。因此，對(duì)于圖2.1所示的全吸力范圍完整的土-水特征曲線而言，殘余含水率即為拐點(diǎn)切線與基質(zhì)吸力為106kPa的豎直線交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的含水率。根據(jù)進(jìn)氣值和殘余含水率兩個(gè)吸力突變點(diǎn)，將土-水特征曲線分為三個(gè)階段，不同階段土體內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)特征不同，所表現(xiàn)出的含水率隨吸力變化程度不同。當(dāng)處于邊界效應(yīng)段時(shí)，

內(nèi)蒙古大學(xué)碩士學(xué)位論文第9頁(yè)方法：1）濾紙法[58]濾紙法可用于測(cè)量土體的基質(zhì)吸力與總吸力。濾紙是作為傳感體使用的，屬于測(cè)定土中吸力的“間接法”。如圖1.3所示，土樣中間放三層濾紙與土樣直接接觸，上下兩層起保護(hù)作用，中間濾紙測(cè)量土樣基質(zhì)吸力，土樣與濾紙間水分以液態(tài)水形式發(fā)生遷移，交換達(dá)到平衡后，可近似認(rèn)為與濾紙具有相同含水率，將濾紙含水率代入對(duì)應(yīng)率定曲線方程計(jì)算得到的吸力值即為土樣中的基質(zhì)吸力值；土樣上方濾紙不與土樣直接接觸，因此，其水分以氣態(tài)形式發(fā)生交換，交換達(dá)到平衡后，通過(guò)率定曲線換算出相當(dāng)于土樣中的總吸力值。圖1.3濾紙法示意圖Fig.1.3Schematicdiagramoffilterpapermethod2）張力計(jì)法[59]張力計(jì)是一種可直接量測(cè)出土中吸力的裝置，主要由高進(jìn)氣值陶瓷頭和壓力量測(cè)系統(tǒng)組成，二者間用一塑料硬管相連，如圖1.4所示。使用時(shí)，將充水飽和的陶瓷頭插入待測(cè)土中，與土良好接觸，由于陶瓷所特有的隔氣、導(dǎo)水作用，使得土體中的負(fù)孔隙水壓力能透過(guò)陶瓷頭將張力計(jì)中的水體往外吸出，從而在張力計(jì)中形成負(fù)壓，達(dá)到平衡時(shí)，張力計(jì)中的水將同土中的孔晾水具有相同的壓力，通過(guò)連接在張力計(jì)上的真空表或負(fù)壓傳感器測(cè)量土中吸力。

內(nèi)蒙古大學(xué)碩士學(xué)位論文第10頁(yè)圖1.4張力計(jì)法示意圖Fig.1.4Schematicdiagramoftensiometermethod3）鹽溶液蒸汽平衡法[53]當(dāng)基質(zhì)吸力超過(guò)1500kPa時(shí)，可用鹽溶液法進(jìn)行量測(cè)。如圖1.5所示，蒸汽平衡法使用的化學(xué)溶液可以在封閉空間內(nèi)產(chǎn)生恒定的總吸入條件，溶液滲透勢(shì)迫使封閉空間和土壤樣品達(dá)到平衡。試驗(yàn)時(shí)，鹽溶液中放置磁力棒，用以攪拌鹽溶液產(chǎn)生不同蒸氣壓，在鹽溶液上放置干燥器，干燥器上放置盛放試驗(yàn)土樣的坩鍋，坩鍋上放置濾紙，用以檢測(cè)蒸氣壓是否平衡。待土樣在不同蒸氣壓下平衡后，通過(guò)測(cè)試土樣與坩堝質(zhì)量變化計(jì)算含水量變化，并利用測(cè)得的含水量變化反算不同蒸汽壓平衡后的吸力值。圖1.5鹽溶液蒸汽平衡法示意圖Fig.1.5Schematicdiagramofsaltsolutionvaporequilibriummethod4）體積壓力板儀法[53]體積壓力板儀是將高吸力陶瓷盤放置在壓力腔中，陶瓷盤的底部用橡膠密封并連接到外部平衡管，這為孔隙水提供了大氣壓，儀器結(jié)構(gòu)如圖1.6所示。該儀器可量測(cè)基質(zhì)吸力值范圍為10kPa~1500kPa（適用吸力限制取決于陶土板的最大鼓泡壓力）。該技術(shù)通過(guò)增加氣壓同時(shí)
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2858423